滨海潮滩是连接陆海的关键生态纽带，其界面内水文过程剧烈、物质交换与微生物代谢频繁，是滨海区域氮生物地球化学循环的热点区域。海底地下水排泄（SGD）是陆源营养物质向近海输送的重要通道，其输送通量与组分特征直接调控近岸水体富营养化进程与生态系统健康稳定性。当前研究多聚焦于地下水排泄通量的估算，对地下水在潮汐驱动下经历复杂转化过程后再向近海输出的动态机制，尤其是不同水动力条件如何调控氮的形态转化与最终归趋，仍缺乏系统认识。

针对上述科学问题，中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地演变机制与生态修复研究组（肖凯研究团队）综合运用高分辨率地下水空间监测与数值模拟等手段，系统揭示了潮汐驱动的地下水流动如何调控溶解无机氮（DIN）的迁移转化过程及其向近海输出机制，完善了滨海潮滩氮循环的精细化作用机理。

研究团队选取山东半岛四十里湾砂质潮滩为研究区，开展了高分辨率野外监测与数值模拟研究（图 1）。研究沿垂直海岸方向布设地下水监测剖面，通过连续水位观测和潮汐周期内高频采样，获取地下水交换过程及氮组分的高精度动态数据；同时构建考虑变密度效应的地下水流动与溶质运移模型（SUTRA），系统模拟潮汐作用下地下水流动路径、交换通量及氮转化过程的空间分异，实现了水动力过程与生物地球化学过程的耦合解析。

图1 研究区位置及采样方案的示意图

模拟与监测结果表明，潮汐驱动的潮滩地下水循环呈现显著的空间结构特征，潮间带可划分为三个典型水动力分区：一是高速排泄区，地下水快速向海输送，是陆源DIN向近海输出的主要通道；二是中等交换循环区，具有较长的停留时间和适宜的氧供应条件，为多种氮转化过程提供了最优环境；三是深层低速循环区，氧供应受限，有利于铵态氮的积累及还原性转化过程（图 2）。

另外，潮滩地下水环境的氮循环呈现显著的空间功能分化。硝化作用主要活跃于中等交换循环区；反硝化作用在高速交换区形成反应热点；厌氧氨氧化过程则主要分布于深层低氧区域；而硝酸异化还原成铵（DNRA）过程受低氧和长停留时间的共同调控，呈现局部增强特征。这些结果表明，潮汐地下水流动通过调控氧供应、营养盐底物输送和反应时间三大要素，实现了不同氮转化途径在空间上的功能分工。

图2 潮汐驱动地下水流场及水动力分区特征

研究证实，近岸DIN的输出通量并非仅由地下水排泄强度决定，而是地下水物理输送与内部氮转化过程协同调控的综合结果。大潮至小潮完整周期的模拟数据显示，研究区地下水总排泄量中，淡水地下水排泄占27.2%。这一数据表明，陆源氮素在潮滩内部迁移过程中发生了明显形态转化与通量改变，滨海潮滩并非简单的营养盐输送通道，而是具有高度调控能力的活性反应界面（图 3）。

该研究建立了“潮汐驱动水动力过程—水动力分区—氮转化路径—近海输出通量”之间的机制链条，深化了对滨海潮滩地下环境氮循环调控机制的系统认识。研究成果为全球变化背景下滨海生态系统营养盐输入与富营养化风险评估提供了科学依据。

图3 潮汐地下水驱动氮循环及界面输出机制示意图

该成果以“Tidal groundwater flow drives dissolved nitrogen cycling: linking internal transformation to interfacial flux”为题，发表于国际知名期刊 Journal of Hydrology。论文第一作者为烟台海岸带所联合培养硕士生李澳，通讯作者为烟台海岸带所肖凯研究员和中国地质大学（北京）张艳副教授。该研究得到了山东省泰山学者青年专家项目、国家自然科学基金面上项目、中国科学院人才引进计划青年项目等多项课题的资助。

相关成果信息：

Li, A., Zhang, Y.*, Li, Z., Zhao, M., Lyu, J., Xu, L., Wang, Z., Li, H., Han, G., Xiao, K.*, 2026. Tidal groundwater flow drives dissolved nitrogen cycling: linking internal transformation to interfacial flux. Journal of Hydrology, 679, 136287. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.136287